形状记忆液晶环氧树脂复合材料结构与性能研究

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形状记忆环氧树脂,作为化学交联的形状记忆聚合物,具有优异的机械性能、易成型加工性、良好的尺寸稳定性以及可作为复合材料优良基材,是一种被广泛应用的智能材料。近年来,将介晶基元引入到形状记忆高分子材料中格外引人注意。介晶基元的引入提高了形状记忆聚合物的回复应力,改善了回复效果,可望在航空航天和生物医用领域获得潜在的应用。液晶环氧树脂(LCEs)融合了液晶有序与环氧树脂交联网络的优点,具有优异的光、电特性和良好的热、机性能,是一种深具潜力的功能材料。另外,液晶环氧树脂中介晶基元的密堆砌使得分子链段在电场下的运动受到阻碍,进而获得超低介电常数和低介电损耗。并且LCEs的自由体积也会因为介晶基元的取向排列密堆积而减小,进而降低LCEs的吸水率。还有一些研究证实高度取向的结晶聚合物比无定型聚合物具有更高的导热系数。结晶聚合物中声子的高传输效率提高了聚合物的导热性能。所以,均一的分子取向可以抑制声子自由扩散从而提高声子的传输效率,致使聚合物导热系数也提高。本论文制备并研究了侧链取代液晶环氧树脂和侧基取代联苯环氧树脂及其复合材料的结构与性能。  1.本论文优化了侧链取代芳酯型液晶环氧单体的合成并且研究了取向排列结构与高导热系数、低介电常数、低介电损耗和高耐水性的关系。侧链取代芳酯型液晶环氧单体的导热系数高达0.29 W/(m*K),介电常数低至2.29,耐水性能接触角92-98度。  2.本论文制备的侧链取代液晶环氧树脂碳纤维复合材料因其介晶基元在碳纤维表面的单轴取向使得复合材料的热力学性能都有大大提升。  3.本论文制备的侧链取代液晶环氧树脂-玻璃纤维-nano二氧化硅复合材料在没有明显阻碍侧链取代液晶环氧树脂优良形状记忆性能的前提下其力学性能大大提高。该复合材料在力学性能大大提升的前提下形状记忆性能测试可以在30 s内回复到初始形状,形状固定率大于96%,形状回复率大于98%。  4.本论文制备的侧基取代联苯环氧树脂芳香胺DDM固化体系,因侧基取代联苯介晶基元的取向排列,其交联密度大大提高,故而耐水性能良好,形状记忆性能优良且热响应温度高。芳香胺固化侧基取代联苯环氧树脂可以很快从变形后的状态回复到变形前的初始状态,形状固定率大于98%,形状回复率大于99%。玻璃化温度160到178℃,耐水性接触角92-98度,保证了侧基取代联苯环氧树脂的尺寸稳定性。  5.本论文通过选用芳香胺DDM和酸酐MHHPA固化剂及调配侧基取代联苯环氧单体TMBPDGE和t-BuMBPDGE的比例可实现形状记忆热响应温度的调控。  6.本论文还研究了侧基取代联苯环氧树脂取向排列结构与低介电常数、低介电损耗和高耐水性的关系。侧基取代液晶环氧树脂介电常数低至2.24,耐水性48 h室温吸水率0.31-0.36%。  7.本论文还研究了侧基取代联苯环氧树脂取向排列结构与高导热性能、耐热性能的关系。侧基取代液晶环氧树脂导热系数0.28 W/(m*K),是普通环氧树脂的1.5倍。
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